雷達液位計在液化石油氣儲罐上的應用和選型注意

 

一、前言

         石油貿易過程中用于交接計量的儲罐液位自動計量系統是國內外石油買賣中的通用設備，其中zui常用的是混合式油罐測量系統，在混合式油罐測量系統中使用zui多的液位計是SC雷達液位計。這種液位計的特點是結構中不存在活動部件，這樣就不會產生機械磨損，液位計的使用壽命較其他產品更長，能夠達到十年及以上，使用環境需求小，能夠實現精準測量。

 

二、雷達液位計的應用原理

         雖然非接觸式的雷達液位計能夠極大程度的滿足石油貿易交接過程，精度上能夠達到±1mm，但是使用的測量原理基本歸為兩種：

 

         1.基于時間差法。這種方法利用的原理是當天線發射出電磁波后，電磁波以光速傳播，當電磁波與液面接觸后就會發生波的反射，根據滯后時間與傳播距離之間的關系就可以換算出距離參數。雷達液位計就是利用這個原理測量電磁波發射到接收之間的時間差來確定發射面與反射面之間的距離的。

 

         2.復合調頻式原理。這種方法同樣是將信號通過天線發射，使用的信號有所不同，采用線性調頻的等幅微波信號，發射信號在被測面上被反射回來，出現一定的時間差，之后儀表接收到發射的微波信號，這些反射信號會與發射信號之間混合，根據混合信號的頻率就可以判斷發射面與被測面之間的距離。因此雷達液位計指需要設置固定的頻率和頻偏，根據測量得到的混合微波信號頻率就可以測出距離。

 

         現有的雷達液位計主要就是利用以上兩種原理，根據這些原理使得雷達液位計具有其他測量儀表所無法媲美的優勢，得到了廣大油田企業的一致認可。這些優點體現在第一點雷達液位計能夠實現一體化的機械設計，減少了使用中的損耗，因此雷達液位計的使用年限都很長，一般都能夠達到10年以上的使用壽命，并且在使用中能夠保證使用精度和效率。第二點雷達液位計原理中所使用的電磁波，經天線發射出來以后就能夠直線傳播，中間過程中不會被其他介質阻礙而影響電磁波的傳播導致測量失真，只有碰到了液面時才會被發射，這樣就極大程度的提高了雷達液位計的測量精度。第三點是雷達液位計具有較寬的測量范圍。根據現有的雷達液位計產品數據，測量范圍zui大的能夠實現35米左右的精確測量，并且能夠在高溫高壓下進行使用。第四點是雷達液位計中zui重要的天線設備在材料選擇上，考慮了使用環境的苛刻條件，通常選用耐高溫、抗腐蝕的高質量材料，保證了雷達液位計在苛刻的環境中能夠正常使用。

 

三、雷達液位計在使用中的影響因素

         在使用過程中必須充分考慮雷達液位計的影響因素，這樣才能夠在使用時避免這些影響因素帶來的誤差，或者在誤差分析中予以考慮。

 

1.溫度因素對雷達液位計的影響

         溫度因素對雷達液位計的影響較小，因為雷達天線發射的電磁波的傳播速度不受環境溫度變化的影響，只有液面的溫度發生變化時，才能夠引起電磁波發射速度的變化，從而影響雷達液位計的測量準確性。

 

2.壓力因素對雷達液位計的影響

         雷達液位計使用環境中的另一重要因素就是壓力。雖然電磁波傳播時不會受到壓力變化的影響，及時在真空狀態下其傳播速度的變化也僅僅與常壓相比差0.029%。然而這種壓力的影響會隨著壓力增高而加劇，當使用環境的壓力高于某一值時，壓力就會對雷達液位計的測量效果產生很大的影響。

 

3.液面性質對雷達液位計的影響

         液面性質包含很多內容，其中相對介電常數、界面穩定程度和氣泡等因素都會對雷達發射的信號產生干擾，使得雷達液位計無法正常使用或測量失真。因此當儲罐內部的液面穩定時，測量得到的結果相對較準，一旦出現罐內液體的晃動，或者有液體流入流出造成的液面波動，甚至由此產生的沸騰或攪渾等都將使液體界面無法準確測量。電磁波的傳播雖然對溫度和壓力的反饋較小，但是對于介質的介電常數卻十分敏感，電磁波的衰減率將隨著介電常數的降低而增加，由于衰減率增大而造成反射率變小，也就是說介電常數小時，電磁波的反射能力弱，信號強度也隨之降低。一旦介電常數小到一定范圍時，雷達液位計的儀表就不能夠接收到被削弱的反射信號，再結合發射信號的干擾，就無法進行準確的距離測量了。這種對介電常數要求的值將會根據不同雷達液位計而不同，其中介電常數要求較小的雷達液位計也具有更高的技術性，SAAB雷達液位計正是一種測量相對介電常數只有1.2的高科技雷達液位計。除了介電常數以外沸騰或攪渾都會使得被測界面不穩定，可以通過改變儲罐內部的結構或者設置導波管來降低這種干擾，保證雷達液位計的正常使用。

 

四、雷達液位計在液化氣儲罐上的應用

1.雷達液位計的參數設置

(1)安裝

         因為ROSEMOUNT雷達液位計都采用分體式，所以在安裝上相對來說比較簡單。該液位計的安裝方式主要分為兩大類。

         ①機械安裝：其通過天線法蘭或者螺紋的形式完成其導波管之間的固定，同時注意剔除外界干擾物的影響。天線的作用是隔離介質和雷達表頭，注意進行安裝時需要在配對法蘭之間添加墊片，以免內部介質出現泄露。

         ②電子安裝：其包括電源和信號設備的線路連接，常用的雷達接線方式有兩種:防爆接法和本安接法，防爆接法需要用到兩根電源線和信號線;本安接法則由本安輸出、繼電器輸出、模擬輸入和現場顯示單元(DAu)四部分構成。

 

(2)組態

         組態相對比較復雜，ROSEMOUNT組態主要采用Tankmaster軟件。一般用戶只需設置幾個關鍵的參數：罐高、量程(液位計量程必須{~InCS設成一致，否則DCS上顯示的液位就會和雷達不匹配)、介電常數、盲區、所使用的天線類型和尺寸，其余參數已經在出廠時已經設置，用戶按默認即可，詳細設置請參考相關資料。

 

2.在液化氣儲罐上的應用

         液位數據是通過雷達液位計來完成收集的，進而再將數據信息輸入信號處理處理模塊中，完成初步的處理，將其傳遞到中控室，進而經Dcs和TankMarster系統的分析完對罐區液位的實時管控。即將區域內所有液位信號搜集并傳遞至現場總線接口單元(FCU)，然后再送至機柜(采取本安隔離，必須經過安全柵的篩選，才可將其送至DCS的I／O端子)。DCS和TankMarster系統可以將實時數據以視覺形式傳遞給管理人員，完成對罐區介質液位的實時管控。

 

五、雷達液位計的選型和使用注意事項

         雷達液位計具有很多種類型的設計，主要區別在于天線的設計差異，在使用時需要根據被測介質的性質、儲罐結構、使用溫度和使用壓力等進行選型。SAAB雷達液位計有以下幾種常見的類型，如喇叭形（錐形）天線雷達液位計、拋物面天線雷達液位計、導波管陣列（平面）天線雷達液位計和棒狀天線雷達液位計等。

 

         在zui常使用的拱頂罐中多選用喇叭形（錐形）天線雷達液位計，這種雷達液位計在使用時不需要導向管，安裝位置能夠接近罐壁，可以達到較高的測量精度。但是當拱頂罐內的介質粘度大，且使用時需要進行加熱時就應該選擇拋物面天線雷達液位計，這種液位計具有較強的抗粘連能力，使用時不需要配合導波管使用。對于浮頂罐選擇雷達液位計時工程中較多選擇平面天線雷達液位計，這種液位計主要安裝在油罐的導波管上。高壓球罐則選擇加長喇叭口天線雷達液位計，使用時還配合導波管以及一體化球閥，這些都為了提高雷達液位計在帶壓狀態下的可維護性。在SAAB雷達液位計使用的過程中還應該注意以下內容：

 

         1.雷達液位計不能夠安裝在儲罐頂部的中心處，主要原因是天線發射的電磁波是球面傳播，整個罐內空間都存在電磁波，那么罐壁和罐底反射回來的電磁波就會干擾液面反饋的電磁波，使得測量結果不準確。

 

         2.在使用喇叭天線雷達液位計時應該注意天線的安裝，至少需要伸出接管10mm，如果目前的使用條件無法滿足，就應該考慮使用天線延伸管。

 

         3.應該根據雷達液位計的天線形式選擇安裝位置以及配套的導波管等設備，不能有所省略，否則將會影響測量的精確度。

 

         4.由于雷達液位計主要由天線和電子元件組成，活動部件少，因此日常維護僅需注意定期檢查和清理即可。

 

六、結論

         通過本文的分析可以看出，伴隨著我國經濟發展而需求不斷擴大的石油開采，必須對石油的儲存和運輸做好保衛工作，其中石油儲罐作為重要設備應該保證其使用的安全，SAAB雷達液位計能夠對石油儲罐中的液位進行準確測量，同時具有較高的測量精度，使用壽命高等特點，可以從根本上保證石油儲罐的使用需求，也將有更加曠闊的使用空間。